1万t／a黄磷电炉的结构改进

2014-02-15林义超梁绍国

云南化工 2014年5期

关键词：黄磷平顶炉料

林义超，梁绍国

（中轻依兰（集团）有限公司，云南昆明 650117）

·经验交流·

1万t／a黄磷电炉的结构改进

林义超，梁绍国

（中轻依兰（集团）有限公司，云南昆明 650117）

对1万t／a黄磷电炉的结构改进部分进行了论述，介绍了技术改造后取得的效果。

黄磷；电炉；设计；优化

黄磷是高能耗产品，如何合理有效地提高能源利用效率，已成为行业有识之士共同关注的问题。国家工业和信息化部发布并于2009年1月1日起执行的《黄磷行业准入条件》规定，新建黄磷装置，单台磷炉变压器容量必须达到20 000 kVA及以上、折设计生产能力达到1万t／a及以上。现有黄磷装置，单台装置在10 000 kVA及以上的，如在原料粉尘回收、能耗、尾气综合利用、泥磷回收、污水处理、安全保障和磷渣综合利用等方面没有达到本条件要求，必须在2011年1月1日前完成相关改造，并经相关部门验收合格后方可继续生产。单台装置在7 200～10 000（不含）kVA的，如尾气和炉渣不能够实现全部综合利用，须在2011年1月1日前淘汰。

中轻依兰（集团）有限公司现有1套54 MW、4套20 MW、1套15 MW、2套10 MW磷炉装置。本文针对15 MW磷炉结构的改进与设计优化进行论述。

1 黄磷电炉结构改进与设计优化内容

为了贯彻落实国家黄磷产业政策，公司对原7 000 t／a（容量为15 000 kVA）1＃黄磷电炉进行技术改造。在设计中，通过对电炉容量与炉体尺寸核算、底板及基础布置、测温口位置选择、渣（铁）口及流道布置、平顶炉盖创新设计、电极密封改进等措施，期望达到提高生产效率，降低成本的目的。

1.1 电炉容量与炉体尺寸核算

黄磷电炉的电耗综合影响因素很多，但从宏观上看，降低电炉电耗的主要途径就是“三提高”：提高入炉混合炉料品位，提高混合炉料化料量，提高黄磷电炉产率［1］。其中最主要的途径是提高混合炉料化料量。混合炉料化料量随电炉容量增大而增大，主要原因是：①电炉容量越大，单位容量铁损、网损以及涡流损耗和磁滞损耗越低，特别是电炉采用水冷铜管、炉面以上全采用不锈钢隔磁等，这类损耗更低得多；②电炉容量越大，电炉体单位容量热损失越低，尤其是单套25 000 kVA电炉散热表面积比总容量同等的几套小电炉散热表面积的总和小得多。公司7 000 t／a黄磷电炉原设计内径为7 050 mm，电炉内高5 500 mm，磷炉经过15年的运行，出现产能低、炉温高、工艺控制不稳定、电力消耗高、炉体泄漏严重、产品质量差等问题。本次技改在保留原15 000 kVA变压器不变的条件下，对1＃磷炉进行结构优化改造。改造后电炉内径由7 050 mm改为8 000 mm，电炉内高由5 500 mm改为5 290 mm，电极中心圆直径由2 700 mm改为4 000 mm。一方面减小了电极间的死角，炉内熔池增大，炉料的反应更加充分，产量由原来的21 t／d，增加到28 t／d（达到黄磷行业准入条件10 000 t／a的要求）；另一方面减小了炉内塌料，达到炉压稳定，电流稳定，操作方便，提升了磷炉性能。

1.2 底板及基础布置

黄磷电炉规模大小通常由变压器的容量来决定［2］。由于电炉操作效率在很大程度上受到热损失的影响，所以，一方面要求电炉的的热损失最小；另一方面又要求延长电炉的使用寿命，炉体外壁有配套的散热和冷却设施。为了保证炉底钢板不致引起热变形，整个炉体应固定在易于散热的基础上。技改设计中采用炉底板下焊接工字钢，工字钢再安装在条形钢筋混凝土基础上的结构，工字钢与底板的拼板焊缝平行，但与条形钢混基础方向垂直，以达到自然通风冷却和增加炉底钢板刚性的作用。此外，为方便检修，要求条形钢筋混凝土基础有一定的高度（一般1.2～1.5 m）。

1.3 渣（铁）口及流道布置

合理布置渣、铁口及渣、铁道，是磷炉配套技改的内容之一。在本次磷炉技改方案中，设2组渣、铁口及2组渣、铁道，以及2个容积较大的铁膛。每组渣、铁口含1个渣口和1个铁口，每组渣、铁道含1条渣道和1条铁道，渣（铁）口及其流道轮换操作使用。投产以来，操作方便，效果显著。

图1 平顶炉盖图Figure 1 Flat lid

1.4 测温口位置选择

多数电炉的炉底仪表测温口设置在炉壁上，一般设4个测温点，均布在靠近炉底最底层的耐火砖的炉壁上。为了更精确监测炉底温度，测温管会尽量插入炉子中心。为方便检修，测温管外设保护套管。但在实际生产中，因电炉温度较高，保护套管太长，容易发生变形，测温管很难取出，以至无法检修，监测数据也不准确。本项目在改造工程中，把炉底测温口改到了炉底板，减小了保护套管的长度，同时选用了耐高温的材料，方便了仪表口的检修，使监测数据更精确，更好的掌握炉况信息。

1.5 平顶炉盖创新设计

国内≤1万t／a黄磷电炉炉盖大多采用一种拱形结构，由圈梁支承并安装在炉体外壳上部的环形板上。耐热混凝土拱顶选用耐火度高的耐火水泥和集料捣制，浇筑方便，这种结构不用钢筋，节省工时，造价较低，结构稳定，但是这种炉拱必须注意炉盖与炉壁是否结合牢固，防止因炉壁的热膨胀而变形，从而造成炉盖塌落。所以在本次改造工作中，经过公司与设计单位的多次探讨，决定采用我公司3万t／a黄磷平顶大电炉的经验，再次将不锈钢板制成的平炉盖技术应用到1万t／a的黄磷电炉上，并在炉盖内侧喷涂轻质混凝土，悬挂锚固砖增加炉盖强度。平顶炉盖图见图1。

平炉盖具有如下优点：

①减少材料用量。平顶炉盖与原混凝土炉拱相比，材料用量减少，降低投资成本。

②增加有效容积。采用平顶炉盖，炉膛容积扩大，炉内熔池增大，炉料反应更加充分，热损失减少，产量增加。并且在保证容积不变的情况下，可适当降低炉体高度，进一步减少炉体材料用量。

③工艺操作稳定。炉体高度降低后，减少了炉内塌料，炉压趋向稳定，电流稳定性好，电极的运行距离也相应缩短，减小了电极运行中折断的可能性。

④方便维护修理。与混凝土炉拱相比，不锈钢板平炉盖不起承重作用，只是起绝缘与隔热作用，更易于维护修理。

⑤减少涡流损耗和磁滞损耗。平炉盖材料全部采用不锈钢，能够减少涡流损耗和磁滞损耗，降低了电炉电耗。此外，为防止平炉盖因跨距大而产生的变形，又在炉盖顶部中心位置和电炉液压升降平台之间，增设了吊挂索扣，以防炉盖的变形。

⑥增加备用接口。考虑磷炉以后安装电除尘，增加1个与炉气出口直径相同的接口，既可作为电除尘安装口，又可作为事故处理口。

1.6 电极密封改进

为保证电极密封性，确保电极运行稳定，在本次磷炉改造中，每根电极增加了1套混凝土密封环，既增加了有效密封长度，又方便检修更换。

2 技改效果

2.1 工艺技术指标

黄磷电炉经技改后，72h性能考核的工艺技术指标见表1。

表1 黄磷电炉72 h性能考核的工艺技术指标Table 1 72h phosphorus furnace technology performance assessment indicators

2.2 经济效益

7 000 t／a磷炉技改后，在72 h考核期间，磷炉电耗为13 366.52 kW·h／t，焦炭消耗为2.09 t／t，磷矿消耗为9.89 t／t，分别比设计考核值下降了4.52%，0.4%，15.4%。从2013年三个多月的生产实际结果看，改造后的产能较去年提升了约14%（月产量从750 t提升到850 t），电力消耗较去年同期下降1 000 kW·h／t。黄磷回收率由83%提升到86%，黄磷生产成本下降500／t元以上，每年降低成本达到425多万元（按照年产8 500 t产品估算）。